Forbedret fotoluminescens av Curcuma longa-ekstrakter via kitosanmediert energioverføring for tekstilautentiseringsapplikasjoner

Forfalskning regnes som en plage i utbredte bransjer over hele verden. Den raske bølgen av forfalskede produkter i markedet forårsaker økonomisk ødeleggelse, noe som hindrer levebrødet til den primære oppfinneren 1,2,3,4,5,6. Dette ble fremhevet i 2020⁷ på den pågående bekymringen for nye forfalskede produkter, noe som fremgår av den økende trenden med publikasjoner som består av søkeordet antiforfalskning eller forfalskning i titlene. En betydelig økning kan observeres i forfalskningsrelaterte publikasjoner siden sist rapportert i 2019, noe som tyder på at det gjøres en betydelig innsats for å bekjempe produksjon og distribusjon av falske varer. På den annen side kan det også være ganske alarmerende, gitt at det betyr utviklingen av forfalskningsindustrien, som forventes å vedvare hvis den ikke håndteres effektivt. Tekstilindustrien er ikke isolert fra dette problemet, da tilstedeværelsen av forfalskede tekstilprodukter har alvorlig påvirket levebrødet til ekte selgere, produsenter og vevere, blant annet ^3,8. For eksempel var tekstilindustrien i Vest-Afrika lenge ansett som et av de ledende eksportmarkedene i verden. Imidlertid ble det rapportert⁹ at omtrent 85% av markedsandelen holdes av smuglede tekstiler som krenker vestafrikanske tekstilvaremerker. Effektene av forfalskning har også blitt rapportert i andre kontinenter som Asia, Amerika og Europa, noe som indikerer at denne krisen har nådd et ukontrollerbart nivå og utgjør en betydelig trussel mot den allerede sliter tekstilindustrien 2,3,4,10,11,12.

Med de raske fremskrittene innen vitenskap, teknologi og innovasjon tok forskere rollen som å utvikle funksjonelle materialer med det formål å bekjempe forfalskningsapplikasjoner. Bruk av skjult teknologi er en av de vanligste og mest effektive tilnærmingene for å motvirke produksjon av falske varer. Det innebærer å bruke fotoluminescerende materialer som sikkerhetsfarger som utviser en spesifikk lysutslipp når de bestråles av forskjellige bølgelengder ^13,14. Noen fotoluminescerende fargestoffer som er tilgjengelige på markedet, kan imidlertid påføre toksisitet ved høye konsentrasjoner, og dermed utgjøre trusler mot menneskers helse og^{miljøet15,16}.

Gurkemeie (Curcuma longa) er en viktig plante som brukes i utallige applikasjoner som maling, smaksstoffer, medisin, kosmetikk og stofffarger¹⁷. Til stede i rhizomes er naturlig forekommende fenoliske kjemiske forbindelser kalt curcuminoids. Disse curcuminoider inkluderer curcumin, demethoxycurcumin og bisdemethoxycurcumin, blant annet curcumin er hovedbestanddelen som er ansvarlig for den livlige gule til oransje fargen og egenskapene til gurkemeie¹⁸. Curcumin, ellers kjent som 1,7-bis (4-hydroksy-3-metoksyfenyl)-1,6-heptadien-3,5-dion^19,20 med en empirisk formel på C₂₁H₂₀O₆, har tiltrukket seg en betydelig mengde oppmerksomhet i de biomedisinske og farmasøytiske feltene på grunn av dets antiseptiske, antiinflammatoriske, antibakterielle og antioksidantegenskaper 17,18,21,22,23. Interessant nok har curcumin også spektrale og fotokjemiske egenskaper. Spesielt bemerkelsesverdig er dens intense fotoluminescerende egenskaper når den utsettes for ultrafiolette (UV) eksitasjoner som bare har blitt utforsket av noen få studier 19,24,25. Gitt disse egenskapene, i kombinasjon med sin hydrofobe natur og ikke-giftige egenskaper, oppstår curcumin som et ideelt fargestoff for autentiseringsmarkeringer.

Ekstraksjonen av curcumin fra gurkemeie ble først rapportert tidlig på 1800-tallet. I løpet av de siste århundrene har mange utvinningsmetoder og teknikker blitt utviklet og forbedret for å oppnå høyere avkastning 26,27,28,29,30,31,32,33. Konvensjonell løsningsmiddelekstraksjon er en mye brukt tilnærming, da den benytter organiske løsningsmidler som etanol, metanol, aceton og heksan blant annet for å isolere curcumin fra gurkemeie^34,35. Denne metoden har utviklet seg gjennom modifikasjoner, kombinert med mer avanserte teknikker som mikrobølgeassistert ekstraksjon (MAE) 18,36,37, Soxhlet-ekstraksjon ^38,39, enzymassistert ekstraksjon (EAE) ^39,40, og ultralydutvinning³⁶, blant annet for å øke utbyttet. Generelt har løsningsmiddelekstraksjonsmetoden blitt brukt til naturlig fargestoffekstraksjon på grunn av sin allsidighet, lave energibehov og kostnadseffektivitet, noe som gjør den ideell for skalerbare næringer som tekstiler.

Curcumin har blitt integrert som naturlige fargestoffer for tekstiler på grunn av sin distinkte gule nyanse. Imidlertid utgjør den dårlige adsorpsjonen av naturlige fargestoffer til tekstilfibre som en utfordring som hindrer den kommersielle levedyktigheten⁴¹. Mordanter, som metaller, polysakkarider og andre organiske forbindelser, tjener som vanlige bindemidler for å styrke affiniteten til naturlige fargestoffer til stoffet. Chitosan, et polysakkarid avledet fra krepsdyr, har blitt mye brukt som et alternativt mordantingmiddel på grunn av sin overflod i naturen, biokompatibilitet og vaskeholdbarhet⁴². Denne studien rapporterer en enkel og rett frem tilnærming i utarbeidelsen av curcumin-basert autentiseringsmerking. Rå curcumin ekstrakter ble oppnådd via sonikeringsassistert løsningsmiddelekstraksjonsmetode. De fotoluminescerende egenskapene til det ekstraherte curcumin ble grundig undersøkt på tekstilsubstrater og ytterligere forbedret med introduksjonen av kitosan som et mordantingmiddel. Dette demonstrerer det betydelige potensialet som et naturlig avledet fotoluminescerende fargestoff for autentiseringsapplikasjoner.